Een metaalafwerkingsinstallatie verving een PTFE-dompelverwarmer van 5 kW al na negen maanden. De verwarming was zes maanden eerder geïnspecteerd, er bleek sprake te zijn van lichte aanslag en zonder reiniging weer in gebruik genomen. Tegen de tijd dat het mislukte, was de schaallaag in het onderste verwarmde gedeelte tot bijna 3 mm verdikt en vertoonde de onderliggende laag ernstige verkleuring en barsten. Het inspectie-interval van zes- maanden was te lang voor de snelheid waarmee kalk zich in de tank ophoopte.
Inspectie-interval is de meest controleerbare variabele in de levensduur van PTFE-dompelverwarmers. Als dit te vaak gebeurt, stijgen de arbeids- en stilstandkosten onnodig. Te zelden, en schaal, permeatie of thermische vermoeidheid evolueren tot het punt van permanente schade. Het juiste interval hangt af van de chemie van de tank, de bedrijfstemperatuur, de wattdichtheid en de stroomomstandigheden-en verandert naarmate deze omstandigheden veranderen.
Waarom er hotspots ontstaan en afzettingen ontstaan
Een hotspot is een gelokaliseerd gebied van de schede waar de temperatuur aanzienlijk hoger is dan het omringende oppervlak. Er ontstaan hotspots wanneer de warmteoverdracht vanuit dat gebied wordt verminderd-door kalkaanslag, door een dampdeken of door een lage stroming. De verminderde warmteoverdracht zorgt ervoor dat de lokale temperatuur van de mantel stijgt, wat verdere afzetting en afbraak versnelt.
De relatie versterkt zichzelf-. Een dunne kalklaag verhoogt de lokale temperatuur van de mantel met 5-10 graden. De hogere temperatuur verhoogt de afzettingssnelheid. De dikkere afzetting verhoogt de temperatuur verder. Afhankelijk van de afzettingssnelheid kan de hotspottemperatuur binnen weken of maanden het veilige bereik voor PTFE overschrijden.
| Schaaldikte | Lokale mantel-ΔT-toename | Wijziging van depositiesnelheid | Tijd voor hotspotschade | Aanbevolen inspectie-interval |
|---|---|---|---|---|
| <0.1 mm | <2°C | Geen verandering | >12 maanden | 6 maanden |
| 0,1–0,5 mm | 2–8 graden | +20–50% | 6–12 maanden | 3–4 maanden |
| 0,5–1,0 mm | 8–15 graden | +50–100% | 3–6 maanden | 6–8 weken |
| 1,0–2,0 mm | 15–25 graden | +100–200% | 4–10 weken | 3-4 weken |
| >2,0 mm | >25 graden | >200% | 1–4 weken | Onmiddellijke schoonmaak |
Schaaldikte, temperatuurstijging en aanbevolen inspectie-intervallen voor PTFE-dompelaars
Het juiste interval voor een specifieke tank bepalen
Het juiste inspectie-interval is de tijd die nodig is voordat de kalklaag een dikte bereikt die de temperatuur van de mantel met ongeveer 10 graden doet stijgen. Dat is het punt waarop de depositie begint te versnellen en schade door hotspots een risico wordt.
Voor een tank met een gematigde afzettingssnelheid-1 mm vorming van kalkaanslag in vier maanden wordt de drempel van 10 graden bereikt bij ongeveer 1,5-2,0 mm, oftewel zes tot acht maanden. Een inspectie-interval van drie tot vier maanden vangt de schaal op voordat deze die dikte bereikt.
Voor een tank met een hoge afzettingssnelheid-die zich in zes weken 1 mm vormt, wordt de drempel van 10 graden binnen twee tot drie maanden bereikt. Een inspectie-interval van vier tot zes weken is passend.
De afzettingssnelheid is afhankelijk van de chemie, de temperatuur, de hardheid van het water en de stromingsomstandigheden bij de verwarmer. Hard water, een hoog fosfaatgehalte en een laag debiet verhogen allemaal de afzettingssnelheid. Zacht water, weinig vaste stoffen en een goede doorstroming verminderen dit.
Het interval aanpassen op basis van inspectiebevindingen
De eerste inspectie nadat een nieuwe verwarming is geïnstalleerd, levert de basisgegevens op. Als de schilferlaag licht is en gemakkelijk kan worden verwijderd, kan het interval worden verlengd. Als de schaal al dik of hard is, moet het interval worden ingekort.
Daaropvolgende inspecties verfijnen het interval. Als de schaaldikte bij elke inspectie consistent dun is, kan het interval worden verlengd. Als de dikte sneller groeit dan verwacht, moet het interval worden ingekort en moet de oorzaak van de -hoge wattdichtheid, lage stroomsnelheid of agressieve chemie- worden onderzocht.
| Eerste inspectiebevinding | Aangepast interval | Controle van de oorzaak | Actie |
|---|---|---|---|
| Geen zichtbare schaal | Verlengen tot 6 maanden | Geen | Ga door met monitoren |
| Lichte schaal, gemakkelijk te verwijderen | Houd 3-4 maanden aan | Controleer de stroom | Schoonmaken, controleren |
| Middelmatige schaal, moeilijk | Verkort tot 6-8 weken | Controleer de wattdichtheid | Reinigen, parameters aanpassen |
| Zware schaal, heel hard | Verkort tot 3-4 weken | Controleer alle parameters | Schoonmaken, overweeg vervanging |
Intervalaanpassing op basis van de bevindingen van de eerste inspectie
Hot Spot-detectie tijdens inspectie
Visuele inspectie alleen brengt niet altijd hotspots aan het licht. Een hotspot kan zich onder een dunne, uniforme kalklaag bevinden die er normaal uitziet. Een manteltemperatuurmeting bij bedrijfsbelasting is betrouwbaarder.
Meet de manteltemperatuur op verschillende punten langs het verwarmde gedeelte met behulp van een draagbare infraroodthermometer of een contactthermokoppel. De hoogste waarde geeft de heetste plek aan. Als een punt de 100–110 graden overschrijdt, is er sprake van een hotspot en moet de kalksteen onmiddellijk worden verwijderd.
Verkleuring op de schede is een andere indicator. Een bruine of donkere band die niet kan worden verwijderd met verdund zuur geeft aan dat het polymeer is blootgesteld aan hoge temperaturen. De verwarming moet nauwlettend worden gecontroleerd of vervangen.
Hotspots voorkomen door middel van ontwerp
De meest effectieve manier om het risico op hotspots te verminderen, is door de wattdichtheid te verlagen. Een verwarmer die werkt op 0,8 W/cm² heeft een manteltemperatuur die 10–15 graden lager is dan die van 1,4 W/cm² in hetzelfde bad. De lagere temperatuur vermindert de afzettingssnelheid en vertraagt de vorming van hotspots.
Het verbeteren van de stroming bij de mantel vermindert de dikte van de grenslaag en houdt het oppervlak koeler. Een eductor of sproeibuis gericht op de heater is vaak de eenvoudigste verbetering voor een bestaande installatie.
Een gepolijst manteloppervlak vermindert de hechtkracht van afzettingen en maakt deze gemakkelijker te verwijderen. Dit verlengt het interval tussen de reinigingsbeurten en vermindert het risico op het ontstaan van hotspots onder hardnekkige afzettingen.
Wanneer standaardintervallen hotspots niet kunnen voorkomen
Tanks met hoge afzettingssnelheden en agressieve chemie vereisen vaak vaker inspectie en reiniging dan standaard onderhoudsschema's toestaan. In deze gevallen vermindert een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met een lagere wattdichtheid, een groter oppervlak en verbeterde stromingstoegang de snelheid van kalkvorming en verlengt het interval tussen de vereiste reinigingen. Het specificatieproces vereist de badchemie, bedrijfstemperatuur, waterhardheid, stromingsomstandigheden en de schaalgeschiedenis van eerdere verwarmingstoestellen. Voor faciliteiten met meerdere tanks identificeert het volgen van de schaalgroei binnen de vloot welke tanks de meeste aandacht nodig hebben en waar specificatiewijzigingen de grootste impact zullen hebben.
